1概述

1.1工程概況

水(shui)電(dian)站(zhan)總裝機(ji)容量為(wei)240 MW。我部承建(jian)了調(diao)壓(ya)室(shi)及壓(ya)力管道工(gong)程。其中上斜(xie)井(jing)、中斜(xie)井(jing)長度分別(bie)為(wei)242 m和270 m。斜(xie)井(jing)與水(shui)平方向夾角(jiao)為(wei)60°,斷面型式為(wei)直(zhi)徑4.6 m的圓形。采用天(tian)井(jing)鉆機(ji)與人工(gong)下導洞開挖相結合的方案進(jin)行導孔(kong)施工(gong)。

1.2地質情況

斜井圍(wei)巖(yan)(yan)(yan)以(yi)Ⅲ、Ⅳ類(lei)為(wei)主,上中(zhong)部為(wei)Ⅴ類(lei)圍(wei)巖(yan)(yan)(yan)。圍(wei)巖(yan)(yan)(yan)節理裂隙(xi)發(fa)育,特別是在(zai)樁號0 668~0 682段(擴(kuo)挖鉆(zhan)頭安裝平(ping)臺附(fu)近)巖(yan)(yan)(yan)層擠壓破碎,裂隙(xi)中(zhong)充(chong)有次生(sheng)泥,圍(wei)巖(yan)(yan)(yan)自穩能力極差,地(di)下水豐富,從不同(tong)部位呈股狀、滴狀涌(滲)出(chu),涌滲水量達300 m3/h。斜井圍(wei)巖(yan)(yan)(yan)巖(yan)(yan)(yan)性由晉寧期石英閃長巖(yan)(yan)(yan)組成(cheng),具混合巖(yan)(yan)(yan)化特點,巖(yan)(yan)(yan)質堅(jian)硬(ying),濕抗壓強度≥100 MPa。巖(yan)(yan)(yan)體中(zhong)隱微裂隙(xi)較(jiao)發(fa)育,巖(yan)(yan)(yan)脈與圍(wei)巖(yan)(yan)(yan)呈溶解式接觸,或擠壓破碎接觸。

1.3關于天井鉆機

本次斜井(jing)施(shi)工采(cai)用(yong)(yong)的(de)天井(jing)鉆(zhan)機型號為LM-200型。主(zhu)要由鉆(zhan)機車、操作車、泵車、鉆(zhan)具等四部分(fen)組成(cheng),配套輔助設備為洗井(jing)泵一臺(tai),斜井(jing)專(zhuan)用(yong)(yong)裝置(zhi)一套。廠家提(ti)供的(de)天井(jing)鉆(zhan)機主(zhu)要技(ji)術(shu)性能如下:

(1)導孔(kong)直徑(jing)(mm):216

(2)導(dao)孔直徑(mm):1 400,2 000(二次(ci)擴孔)

(3)鉆(zhan)井深度(m):200,小于(yu)150 (φ2 m擴孔)

(4)總(zong)功率(kW):82.5

(5)主機外(wai)型尺寸(長(chang)×寬×高)

運(yun)輸(mm):2 950×1 370×1 570

工(gong)作(mm):3 230×1 770×3 448

(6)主機重量(kg):8 277

2施工布置

2.1天(tian)井(jing)鉆機的(de)冷卻循環(huan)系統

天(tian)井(jing)鉆(zhan)機的冷卻循(xun)環系(xi)統由(you):洗(xi)(xi)井(jing)泵(泥漿泵)、水(shui)(shui)池(chi)(chi)、水(shui)(shui)溝(gou)組成。距反井(jing)鉆(zhan)機基礎15 m處設(she)置(zhi)(zhi)一個5 m3水(shui)(shui)池(chi)(chi),水(shui)(shui)池(chi)(chi)中間(jian)設(she)一隔墻,將水(shui)(shui)池(chi)(chi)分隔成清水(shui)(shui)池(chi)(chi)和沉淀池(chi)(chi)。混凝土基礎和水(shui)(shui)池(chi)(chi)之間(jian)由(you)一水(shui)(shui)溝(gou)連接,導孔施工出現的回(hui)水(shui)(shui)、細沙沿此溝(gou)回(hui)流(liu)至沉淀池(chi)(chi)。洗(xi)(xi)井(jing)泵設(she)置(zhi)(zhi)在鉆(zhan)機車與水(shui)(shui)池(chi)(chi)之間(jian)。具體布(bu)置(zhi)(zhi)見圖1。

2.2天井(jing)鉆(zhan)機(ji)運輸軌(gui)道的(de)安裝

為(wei)方(fang)便天井鉆機(ji)就位(wei)、定位(wei),在(zai)洞(dong)內卸機(ji)部位(wei)地面安(an)裝運輸軌道,軌距(ju)(ju)60 cm,軌道為(wei)24kg/m的(de)輕(qing)軌,枕木為(wei)10 cm×10 cm方(fang)木,間距(ju)(ju)為(wei)50 cm/根。

2.3天井(jing)鉆機的(de)安裝基礎

天井鉆(zhan)(zhan)機安裝在(zai)平段與斜(xie)井相交部位(wei)(wei),主機起鉆(zhan)(zhan)孔口與斜(xie)井中心線延(yan)長線吻合。操作車(che)、泵車(che)依次停(ting)放在(zai)擴(kuo)挖過后的(de)盲(mang)洞(dong)內,操作車(che)距(ju)起鉆(zhan)(zhan)孔口有大于1 m的(de)安全(quan)距(ju)離(li)。基(ji)礎(chu)(chu)采(cai)用C20混(hun)凝土分二期(qi)(qi)澆筑(zhu)而(er)成,一(yi)期(qi)(qi)形成基(ji)礎(chu)(chu)并(bing)預(yu)留天井鉆(zhan)(zhan)機地(di)腳螺(luo)栓坑,待機體到位(wei)(wei)并(bing)進行(xing)初校后,回填二期(qi)(qi)混(hun)凝土,以確保天井鉆(zhan)(zhan)機與基(ji)礎(chu)(chu)牢(lao)固銜(xian)接,不發生移位(wei)(wei)。

3天井鉆機施工程序

基礎澆筑(一(yi)期含循環水池)→天井鉆(zhan)機(ji)進場安裝(包括高壓洗(xi)井泵)測量初定(ding)位φ216 mm先導孔(kong)施工→鉆(zhan)頭(tou)(tou)(tou)在預定(ding)深度出(chu)露(若未出(chu)露擴(kuo)挖找鉆(zhan)頭(tou)(tou)(tou))→擴(kuo)孔(kong)鉆(zhan)頭(tou)(tou)(tou)安裝平臺(tai)施工→擴(kuo)孔(kong)鉆(zhan)頭(tou)(tou)(tou)提升→擴(kuo)孔(kong)鉆(zhan)頭(tou)(tou)(tou)安裝→安裝平臺(tai)撤(che)出(chu)→φ1 200擴(kuo)孔(kong)施工→擴(kuo)孔(kong)鉆(zhan)頭(tou)(tou)(tou)拆卸→天井鉆(zhan)機(ji)撤(che)除。

4施工過程及方法

4.1天井鉆機的安裝

本工程平洞直徑為(wei)4.6 m,能滿足卸車(che)(che)條件,天(tian)井鉆(zhan)機(ji)采用(yong)實際(ji)載重(zhong)能力在(zai)10 t以(yi)上的(de)平板貨車(che)(che),貨箱的(de)長度(du)不宜(yi)超過(guo)5.5 m,離地(di)高度(du)不宜(yi)超過(guo)1.2 m。天(tian)井鉆(zhan)機(ji)主機(ji)重(zhong)達8.3 t,無法采用(yong)汽車(che)(che)吊、裝載機(ji)等靈(ling)便設備在(zai)洞內卸車(che)(che),經(jing)研究討論最終選(xuan)擇在(zai)地(di)質(zhi)塌方部位,利用(yong)支(zhi)護鋼(gang)支(zhi)撐再(zai)充分(fen)加固后配以(yi)10 t手動葫蘆(lu)卸車(che)(che),極限安全卸車(che)(che)高度(du)為(wei)4.8 m。

4.2φ216 mm先導孔施工

天井鉆機施工的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵在(zai)(zai)于(yu)(yu)先導孔鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)孔質(zhi)量。最終導孔能否(fou)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)通,鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)通后的(de)(de)(de)(de)(de)偏離誤(wu)差大(da)小在(zai)(zai)開鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)后無(wu)法進行中間檢測和控(kong)制,只能依靠經驗,針(zhen)對不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)圍巖類別,實(shi)施不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)主、副泵(beng)工作(zuo)(zuo)壓(ya)力(li)、轉速(su)和適時(shi)裝配穩(wen)(wen)(wen)定(ding)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿進行控(kong)制。天井鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)機的(de)(de)(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿分為(wei)(wei)普通鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(1 m)和穩(wen)(wen)(wen)定(ding)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(0.5 m),差別在(zai)(zai)于(yu)(yu)后者比前者外周多了均勻(yun)分布的(de)(de)(de)(de)(de)四條3 cm厚的(de)(de)(de)(de)(de)鋼肋板,其作(zuo)(zuo)用(yong)是導向(xiang),防(fang)止鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿隨深度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)(jia)旋(xuan)轉產生過大(da)彎曲、過大(da)擺幅,起到穩(wen)(wen)(wen)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong),同(tong)(tong)時(shi)保(bao)護鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿與孔壁的(de)(de)(de)(de)(de)接觸磨損。我部采(cai)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)(wen)(wen)定(ding)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)設方法如(ru)下(xia)(xia):鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)進2 m時(shi)必須加(jia)(jia)設1根,鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)進8~10 m時(shi)再加(jia)(jia)設1根,然后每鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)進20 m加(jia)(jia)設1根。實(shi)踐證明上述方法較為(wei)(wei)合理、安全(quan)、穩(wen)(wen)(wen)妥(tuo)。鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿加(jia)(jia)設時(shi)一般采(cai)用(yong)副泵(beng)提(ti)供的(de)(de)(de)(de)(de)較小動力(li)運行,鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿絲扣(kou)之間力(li)度(du)適中,過緊容(rong)易(yi)損傷絲扣(kou),過松(song)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿容(rong)易(yi)脫落。為(wei)(wei)了便于(yu)(yu)拆(chai)卸鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿,可在(zai)(zai)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿套接前于(yu)(yu)絲扣(kou)處加(jia)(jia)設少量10號(hao)鉛(qian)絲。先導孔開始施工時(shi)一般采(cai)用(yong)副泵(beng)提(ti)供較小的(de)(de)(de)(de)(de)、均勻(yun)的(de)(de)(de)(de)(de)動力(li),以(yi)免(mian)孔口(kou)周壁因振動過大(da)開裂而難以(yi)成型(xing)。我部總結的(de)(de)(de)(de)(de)主、副泵(beng)在(zai)(zai)不(bu)(bu)同(tong)(tong)圍巖類別、不(bu)(bu)同(tong)(tong)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)孔深度(du)等條件(jian)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo)壓(ya)力(li)經驗數據見(jian)表1。

上斜(xie)(xie)(xie)井(jing)先(xian)導(dao)孔(kong)(kong)施工實際共鉆進了(le)160 m,最大(da)單(dan)日進尺(chi)8 m,平(ping)均3 m/d(處(chu)理(li)天井(jing)鉆機故(gu)障(zhang)時除(chu)外(wai))。中(zhong)斜(xie)(xie)(xie)井(jing)施工時曾多次出現(xian)(xian)天井(jing)鉆機機械故(gu)障(zhang),但示出現(xian)(xian)塌孔(kong)(kong)、大(da)量(liang)漏水等(deng)異常現(xian)(xian)象(xiang)。中(zhong)斜(xie)(xie)(xie)井(jing)導(dao)孔(kong)(kong)施工共鉆進了(le)180m導(dao)孔(kong)(kong)，最大(da)單(dan)日進尺(chi)10m，平(ping)均3.8m/d（處(chu)理(li)天井(jing)鉆機故(gu)障(zhang)時除(chu)外(wai)）。

4.3φ1 200 mm擴孔施工

擴(kuo)孔(kong)(kong)開始施工時(shi)一般圍巖(yan)破壞嚴重(zhong),鉆(zhan)頭(tou)周圈難以(yi)(yi)均(jun)勻受力(li)。因此,采用副泵提供較(jiao)小的(de)、均(jun)勻的(de)動力(li),進尺(chi)較(jiao)慢,控(kong)制在(zai)10 cm/h,以(yi)(yi)防鉆(zhan)頭(tou)偏心受力(li)過大而扭斷鉆(zhan)桿(gan)(gan)。鉆(zhan)進施工中要(yao)求(qiu)有較(jiao)為(wei)穩(wen)定供水(shui)量,以(yi)(yi)使刀(dao)具能得到水(shui)冷卻,供水(shui)量要(yao)求(qiu)不小于7.8 m3/h。擴(kuo)孔(kong)(kong)施工時(shi),鉆(zhan)桿(gan)(gan)的(de)拆卸要(yao)特別注意(yi)鉆(zhan)桿(gan)(gan)卡(ka)瓦(wa)正(zheng)確擺放及自身的(de)完好(hao)程度,以(yi)(yi)免(mian)出現卡(ka)瓦(wa)突然斷裂,造成(cheng)擴(kuo)孔(kong)(kong)鉆(zhan)頭(tou)、鉆(zhan)桿(gan)(gan)脫落。天(tian)井(jing)鉆(zhan)機在(zai)各種條件下(xia),進行(xing)擴(kuo)孔(kong)(kong)施工的(de)工作壓力(li)經驗數據見表(biao)1。

上(shang)斜(xie)井(jing)擴(kuo)孔(kong)施(shi)工時未出現(xian)孔(kong)壁坍塌等異常現(xian)象,但鉆(zhan)頭刀具磨損較(jiao)為(wei)嚴重,幾乎(hu)每鉆(zhan)進30 m就要(yao)更換(huan)(huan)一(yi)副全(quan)新的刀具,每次更換(huan)(huan)刀具時,鉆(zhan)頭要(yao)重新回放(fang)至擴(kuo)挖平臺上(shang),耗時5 d,安全(quan)隱患及施(shi)工難度極(ji)大。上(shang)斜(xie)井(jing)擴(kuo)孔(kong)施(shi)工實(shi)際共鉆(zhan)進了160 m,最大單日進尺6 m,平均3?2 m/d(天(tian)井(jing)鉆(zhan)機(ji)故障(zhang)除(chu)外)。

根據上(shang)斜(xie)井(jing)擴(kuo)(kuo)挖(wa)施(shi)工(gong)經(jing)驗,在中斜(xie)井(jing)施(shi)工(gong)前,我部會同有關廠家技(ji)術人(ren)員對(dui)擴(kuo)(kuo)孔(kong)鉆頭進(jin)行了(le)(le)(le)大(da)膽的(de)技(ji)術改造(zao):將直徑由原來(lai)的(de)1 400 mm改為1 200 mm,并(bing)對(dui)刀盤刃角進(jin)行了(le)(le)(le)倒圓處理。此舉收到了(le)(le)(le)較為良好的(de)效果,中斜(xie)井(jing)一次性(xing)反(fan)擴(kuo)(kuo)了(le)(le)(le)170 m后刀具才出現問題。中斜(xie)井(jing)擴(kuo)(kuo)孔(kong)施(shi)工(gong)實(shi)際共鉆進(jin)了(le)(le)(le)180 m擴(kuo)(kuo)孔(kong),最(zui)大(da)單日進(jin)尺(chi)7 m,平均5.2 m/d(因天井(jing)鉆機(ji)故障除外)。

4.4人力資源配置

斜(xie)井導孔、擴(kuo)孔施工時(shi)現(xian)場(chang)人(ren)力(li)資源(yuan)配置為:操作班由9人(ren)組成(cheng),3人(ren)一(yi)(yi)組進行(xing)三班倒,9人(ren)中有機(ji)械(xie)技術員(yuan)(yuan)一(yi)(yi)名,修理工一(yi)(yi)名,水工技術人(ren)員(yuan)(yuan)一(yi)(yi)名。另(ling)設(she)一(yi)(yi)名機(ji)械(xie)工長期(qi)跟蹤服(fu)務(wu),適(shi)時(shi)進行(xing)現(xian)場(chang)指(zhi)導。

5結語

將天井鉆機應(ying)用(yong)于(yu)長(chang)斜井,在保證安(an)全的前提下順利地完成(cheng)了施工(gong)(gong)任務,這是(shi)一(yi)次新技術應(ying)用(yong)的成(cheng)功典范,同時(shi)在未來水(shui)電工(gong)(gong)程(cheng)施工(gong)(gong)應(ying)用(yong)中前景廣(guang)(guang)闊(kuo),特別是(shi)在保證施工(gong)(gong)安(an)全方(fang)面,該方(fang)法值得借(jie)鑒與推廣(guang)(guang)。現將施工(gong)(gong)中所取得的幾點體(ti)會敘述如下。

(1)天(tian)井鉆機的工(gong)作(zuo)原理(li)較(jiao)為先進,能適用(yong)于大傾角、長深度的斜(豎(shu))井施工(gong),與其(qi)他導井施工(gong)方法相比較(jiao),具有一定的進度優(you)勢(shi)和明(ming)顯的安全(quan)優(you)勢(shi);

(2)加(jia)設(she)、拆卸鉆桿時要特(te)別(bie)注意施工(gong)方法(fa),鉆機(ji)壓力應適(shi)中、均(jun)勻,以防鉆桿脫落(luo),造成難以處理的工(gong)程事故;

(3)施(shi)工(gong)中要注意鉆進(jin)速度,不(bu)能盲目追(zhui)求高(gao)進(jin)尺,否則容易造成導孔偏斜率偏高(gao)而難以控制,甚至扭斷鉆桿;

(4)就現有(you)的(de)性能(neng)而言,LM-200型天井(jing)鉆機適用于深度在150 m以(yi)下、可一次性貫通、并且(qie)在斜井(jing)施工中具有(you)足夠(gou)的(de)安裝(zhuang)工作面(mian)。